新聞主題	柴油機位置和時(shí)間控制式燃油系統

 

導讀：由于國家政策的推動(dòng)，柴油發(fā)電機機械的升級是一個(gè)必然的過(guò)程，在發(fā)電機和后處理系統擁有豐富經(jīng)驗的康明斯已經(jīng)做好了現在及其未來(lái)產(chǎn)品的技術(shù)儲備。隨著(zhù)柴油發(fā)電機電子技術(shù)的發(fā)展，從20世紀70年代至今，康明斯發(fā)電機已先后在傳統的柴油發(fā)電機的基礎上推出位置控制式燃油系統、時(shí)間控制式燃油系統、時(shí)間-壓力控制式燃油系統三代產(chǎn)品。

   

主要部件組成圖

 

一、柴油機電控噴射系統的發(fā)展歷史

 

柴油機具有效率高、經(jīng)濟性好、功率強大等特點(diǎn)，在交通運輸和工程車(chē)輛領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用。在可以預見(jiàn)的未來(lái)，柴油機在動(dòng)力機械領(lǐng)域將繼續占有重要的地位。實(shí)際上，在柴油機占主導地位的家用轎車(chē)領(lǐng)域，柴油機由于其節能的優(yōu)勢，正越來(lái)越受到發(fā)電機組研究人員們的重視。然而，噪聲大、NOx 和顆粒物排放高等痼疾也一直困擾著(zhù)柴油機的應用。前不久，歐盟正式制訂了歐VI排放標準，顆粒物排放要求減半，氮氧化物排放必須降低77%，并將于2013年底實(shí)施。

面對日益嚴苛的柴油機排放標準，研究各種排放控制技術(shù)成為內燃機工作者的重要課題。這些控制技術(shù)總體上可分為3個(gè)方面：提高燃油品質(zhì)、改善燃燒過(guò)程和采用先進(jìn)的排氣后處理技術(shù)，其中以改善燃燒過(guò)程為最根本的措施。就國外的經(jīng)驗來(lái)看，采用電控高壓燃油噴射系統以改善柴油機的燃燒過(guò)程是普遍的發(fā)展趨勢。

電控噴油技術(shù)是柴油機技術(shù)三大飛躍的最近一項（另外兩項是機械燃油技術(shù)和增壓中冷技術(shù)），也是內燃機行業(yè)20世紀的三大突破之一（另外兩項是汽油直噴技術(shù)和 DME 待用燃料），為柴油機的噴油控制，以及噪聲和排放的改善做出的巨大貢獻。本文將從技術(shù)歷程、技術(shù)現狀及發(fā)展前景的角度簡(jiǎn)略闡述電控噴油技術(shù)。

 

二、第三代燃油控制系統

 

第三代電控燃油系統即人們常說(shuō)的共軌燃油噴射系統。。共軌系統將燃油的升壓系統獨立出來(lái)，即燃油的壓力與發(fā)動(dòng)機轉速和負荷無(wú)關(guān)。使用可以獨立控制壓力的蓄壓器——共軌。這樣，以前一直非常困難的燃油噴射壓力可以按照人們的意志進(jìn)行自由控制。再通過(guò)計算機單獨控制的各噴油器，將共軌中的壓力高達130Mpa——160Mpa的燃油噴入燃燒室。第三代電控噴油系統的最大進(jìn)步就是使用了共軌，使得高壓的產(chǎn)生和噴油控制可以分別進(jìn)行。由此，可以根據發(fā)動(dòng)機的負荷、轉速等各種運行工況，在20—140Mpa的廣大范圍內改變噴油壓力，可以實(shí)現預噴射、主噴射以及多段噴射等，根據需要改變噴油率的形狀。為了改善柴油機的排放，可以自由自在地改變噴油參數和噴油形態(tài)。向著(zhù)潔凈的柴油機時(shí)代，可以高自由度地控制噴油策略，在一次工作循環(huán)中可以實(shí)現多次噴油，可以實(shí)現標定轉速4000r/min—相當于4.2μs的高速控制，將柴油機的排放性能大大提高一步。

1、位置控制式燃油系統

    普通的柴油發(fā)電機噴油量大小通過(guò)機械方式進(jìn)行控制，即有噴油泵柱塞頂面封住徑向油孔到住塞斜槽露出油孔的距離來(lái)決定，也就是噴油泵的供油有效行程決定。開(kāi)啟柴油發(fā)電機，拉動(dòng)控制齒條使住塞轉動(dòng)，改變住塞與開(kāi)有回油孔的住塞套筒的相對位置，增加或減少柱塞的供油有效行程，從而調節噴油量。加速踏板通過(guò)調速器與控制齒條聯(lián)動(dòng)，根據柴油發(fā)電機的轉速和負荷的變化調節供油量。噴油時(shí)刻則由安裝在柴油發(fā)電機和噴油泵之間的供油提前角自傳動(dòng)調節器根據柴油發(fā)電機的轉速調節凸輪軸的相對位置來(lái)調節。所以，普通柴油發(fā)電機的供油量、供油時(shí)刻控制精度、供油特性、響應性等較差。
    第一代位置控制式燃油系統主要特點(diǎn)是保留了大部分傳統的燃油系統部件，如普通柴油發(fā)電機的高壓油泵、高壓油管、噴油器、控制齒條、齒圈、滑套、柱塞上的螺旋槽等油量控制機構，只是對齒條或滑套的移動(dòng)位置進(jìn)行電子控制。用電子調速器代替了傳統機械式離心調速器，用柴油發(fā)電機轉速傳感器和加速踏板位置傳感器代替了原有的轉速和負荷傳感機構（如離心飛塊、真空室等），用ECU控制的電子執行機構代替了機械離心式調速執行機構和加速踏板傳動(dòng)機構。使得供油量的調整更為靈敏和精確。

2、時(shí)間-壓力控制式燃油系統

    時(shí)間-壓力控制式燃油系統，即電控共軌系統。在電控高壓共軌系統中，各缸噴油器共用一個(gè)高壓油軌（又稱(chēng)高壓蓄能器），這個(gè)高壓油軌是用無(wú)縫鋼管制成的，用于儲存高壓燃油。在高壓共軌系統中，電控單元直接對電磁噴油器的噴油量、噴油正時(shí)、噴油速率和噴油規律、噴油壓力等進(jìn)行時(shí)間-壓力控制。高壓油泵并不直接與噴油器連接，它的主要作用是向共軌油管供油以維持所需要的共軌的油壓。設在共軌油管上的壓力閥可以連續調節共軌壓力來(lái)控制噴油壓力。

高壓共軌燃油系統原理圖

3、時(shí)間-控制式燃油系統

    位置控制式燃油系統的特點(diǎn)是以模擬量來(lái)控制執行元件的工作，通過(guò)對噴油泵油量控制機構的定位來(lái)獲得所需的供油量?？刂乒┯土康姆答佇盘柺怯赡M信號傳感器檢測，ECU對模擬信號進(jìn)行A/D轉換后才能處理，所以供油量控制精度和執行元件的響應速度也較差。在位置控制方式中，所用的電子調速器也是由部分機械裝置完成對噴油泵的調節，這也會(huì )降低控制精度和響應速度。采用時(shí)間控制方式，可以彌補這方面的不足。

    時(shí)間控制式燃油系統保留了傳統柴油發(fā)電機燃油系統的組成和結構，通過(guò)新增加的傳感器、ECU和高速電磁閥（執行器）組成的數字式調節系統，由高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴射正時(shí)和噴油量。電磁閥關(guān)閉，執行噴油，電磁閥打開(kāi)，噴油結束。所以，噴油量和噴油正時(shí)是由電磁閥通電時(shí)間和通電時(shí)刻來(lái)控制的。時(shí)間控制式燃油系統控制自由度大，供油加壓和供油調節在結構上相互獨立，可以簡(jiǎn)化噴油泵的結構，提高強度，加強高壓燃油噴射能力；其不足在于供油壓力不好控制。

 

高低壓管路示意圖

 

    高壓共軌系統是目前世界上最先進(jìn)的的燃油系統，其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現高壓噴射，最高的壓力已達到200MPa，噴射壓力獨立于柴油發(fā)電機轉速（即與柴油發(fā)電機轉速無(wú)關(guān)），噴射性能和噴射規律十分理想，可實(shí)現多次噴射，能有效地抑制和減少尾氣排放中的有害成分。目前，高壓共軌系統已得到廣泛應用。

 

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